钢结构的连接-螺栓连接.ppt

第七章 钢结构的连接7.4 普通螺栓连接 7.47.4 普通螺栓连接普通螺栓连接一、一、一、一、普通螺栓连接的构造普通螺栓连接的构造普通螺栓连接的构造普通螺栓连接的构造1.1.螺栓规格螺栓规格a.Aa.A级、级、B B级和级和C C级三种级三种；C C级为粗制螺栓，等级为级为粗制螺栓，等级为4.64.6级和级和4.84.8级级小数点前为材料抗拉强度，小数点后为屈强比，刻在螺杆头小数点前为材料抗拉强度，小数点后为屈强比，刻在螺杆头上。例上。例:4.8:4.8级表示抗拉强度级表示抗拉强度400N/mm400N/mm2 2，屈服强度屈服强度320N/mm320N/mm2 2。b.b.常用螺栓直径为常用螺栓直径为d=16d=16，2020，24mm24mm，用，用M M表示，如表示，如M16M162.2.螺栓符号螺栓符号第七章 钢结构的连接a.a.并列和错列：规则、统一、紧凑并列和错列：规则、统一、紧凑b.b.排布参数：端距，边距，间距排布参数：端距，边距，间距c.c.排布尺寸要求：考虑安装，受力和使用排布尺寸要求：考虑安装，受力和使用d.d.至少要有两个受力螺栓至少要有两个受力螺栓3.3.螺栓排布螺栓排布最大、最小最大、最小容许间距容许间距7.4 普通螺栓连接第七章 钢结构的连接螺栓的最大和最小容许间距螺栓的最大和最小容许间距7.4 普通螺栓连接第七章 钢结构的连接二、二、二、二、受力性能和计算受力性能和计算受力性能和计算受力性能和计算1.1.受剪螺栓受力性能受剪螺栓受力性能(1)(1)螺栓直径小，连接板厚螺栓直径小，连接板厚 (2)(2)螺栓直径大，连接板薄螺栓直径大，连接板薄 (3)(3)螺栓孔径大，连接板削弱多螺栓孔径大，连接板削弱多 (4)(4)连接板端距小连接板端距小 (5)(5)连接板厚，螺杆长连接板厚，螺杆长螺杆剪切破坏螺杆剪切破坏孔壁挤压破坏孔壁挤压破坏连接板受拉破坏连接板受拉破坏冲切破坏冲切破坏螺杆弯曲破坏螺杆弯曲破坏(一一)受剪螺栓连接受剪螺栓连接螺杆抗剪承载力螺杆抗剪承载力孔壁承压能力孔壁承压能力构造限定构造限定施工技术要求施工技术要求板件净截面板件净截面7.4 普通螺栓连接第七章 钢结构的连接2.2.单个螺栓受剪承载力计算单个螺栓受剪承载力计算受剪承载力设计值：受剪承载力设计值：承压承载力设计值：承压承载力设计值：单个螺栓承载力设计值：单个螺栓承载力设计值：7.4 普通螺栓连接第七章 钢结构的连接3.3.受剪螺栓连接计算受剪螺栓连接计算a.a.螺栓数目螺栓数目当首尾两螺栓间距当首尾两螺栓间距 l115do 时，剪力非均匀分布，螺栓时，剪力非均匀分布，螺栓群抗剪承载力下降，应对承载力作折减：群抗剪承载力下降，应对承载力作折减：7.4 普通螺栓连接第七章 钢结构的连接b.b.净截面抗拉强度计算净截面抗拉强度计算净截面积计算净截面积计算螺栓并列排布：螺栓并列排布：螺栓错列排布：锯齿净面积螺栓错列排布：锯齿净面积盖板盖板截面截面IIIIII：构件构件截面截面I I：最危险截面最危险截面孔径孔径do：d16mm，do=d+1.5mm；d=1624mm，do=d+2mm；d=2730mm，do=d+3mm。7.4 普通螺栓连接如图所示普通螺栓连接，如图所示普通螺栓连接，M20M20，C C级，级，钢材钢材Q235Q235，N=940KNN=940KN。试验算该连接。试验算该连接是否满足要求。是否满足要求。1.单个螺栓承载力确定单个螺栓承载力确定【例题例题1 1】【解解】4005010010010050NN50707050107147NN2.验算验算第六章 钢结构6.3 钢结构连接1）螺栓强度螺栓强度3）第一列净截面强度）第一列净截面强度第六章 钢结构6.3 钢结构连接盖板盖板14mm=构件构件14mm，按构件计算。按构件计算。2）毛截面强度毛截面强度 4005010010010050NN50707050107147NN第七章 钢结构的连接7.4 对接焊缝计算(二二)受拉螺栓连接受拉螺栓连接1.1.受力性能受力性能(1)(1)螺杆受拉螺杆受拉(2)(2)连接板脱开连接板脱开螺纹处拉断螺纹处拉断连接板屈曲连接板屈曲螺杆抗拉承载力螺杆抗拉承载力连接板刚度连接板刚度2.2.承载力计算承载力计算3.3.连接计算连接计算N N作用作用:第七章 钢结构的连接7.4 对接焊缝计算M M作用作用:假设转动中和轴在最下排螺栓处，则计算受力最大的假设转动中和轴在最下排螺栓处，则计算受力最大的螺栓螺栓(最外排最外排)满足：满足：第七章 钢结构的连接7.4 对接焊缝计算M M、N N作用作用:螺栓所受拉力螺栓所受拉力N和弯矩和弯矩M取决于偏心距取决于偏心距e=M/N的的大小大小(1)(1)当当e e较小时较小时(图图b b，以，以O O点计点计)(2)(2)当当e e较大时较大时(图图c c，以，以O O点计点计)第七章 钢结构的连接7.4 对接焊缝计算(三三)同时受剪、受拉螺栓连接同时受剪、受拉螺栓连接螺栓计算：螺栓计算：孔壁挤压计算：孔壁挤压计算：验算如图所示，普通螺栓连接。验算如图所示，普通螺栓连接。N=349.5KNN=349.5KN，M=17.475KNmM=17.475KNm。M22M22，B B级，钢材级，钢材Q235Q235。1.单个螺栓抗拉承载力单个螺栓抗拉承载力【例题例题2 2】【解解】第七章 钢结构的连接7.4 普通螺栓连接支托支托505075757575 50 60 10NM2.强度验算强度验算先假设小偏心，以众栓形心计先假设小偏心，以众栓形心计验算如图所示，普通螺栓连接。验算如图所示，普通螺栓连接。V=233V=233KN，N=349.5KNN=349.5KN，M=17.475KNmM=17.475KNm。M22M22，B B级，级，钢材钢材Q235Q235。1.单个螺栓抗拉承载力单个螺栓抗拉承载力【例题例题3 3】【解解】第七章 钢结构的连接7.4 普通螺栓连接2.强度验算强度验算支托支托505075757575 60 10NMV50第七章 钢结构的连接7.4 普通螺栓连接支托支托505075757575 60 10NMV50先假设小偏心，以众栓形心计先假设小偏心，以众栓形心计【小结小结】一、一、一、一、普通螺栓连接的构造普通螺栓连接的构造普通螺栓连接的构造普通螺栓连接的构造二、二、二、二、受剪螺栓连接受剪螺栓连接受剪螺栓连接受剪螺栓连接三、三、三、三、受拉螺栓连接受拉螺栓连接受拉螺栓连接受拉螺栓连接四、四、四、四、同时受剪、受拉螺栓连接同时受剪、受拉螺栓连接同时受剪、受拉螺栓连接同时受剪、受拉螺栓连接【回顾回顾】一、一、一、一、普通螺栓连接的构造普通螺栓连接的构造普通螺栓连接的构造普通螺栓连接的构造二、二、二、二、受剪螺栓连接受剪螺栓连接受剪螺栓连接受剪螺栓连接三、三、三、三、受拉螺栓连接受拉螺栓连接受拉螺栓连接受拉螺栓连接四、四、四、四、同时受剪、受拉螺栓连接同时受剪、受拉螺栓连接同时受剪、受拉螺栓连接同时受剪、受拉螺栓连接单个螺栓承载力设计值：单个螺栓承载力设计值：受拉承载力计算受拉承载力计算:第七章 钢结构的连接7.5 高强度螺栓连接 7.57.5 高强度螺栓连接高强度螺栓连接一、一、一、一、概述概述概述概述1.1.螺栓材料及类型螺栓材料及类型高强度钢材高强度钢材制成制成按材料强度分成按材料强度分成8.88.8级和级和10.910.9级级按传剪力方式分成按传剪力方式分成摩擦型摩擦型和和承压型承压型按施工方式分成按施工方式分成大六角头大六角头和和扭剪型扭剪型2.2.受力机理受力机理高强度螺栓可以传递高强度螺栓可以传递剪力剪力和和拉力拉力高强度螺栓通过施加预拉力高强度螺栓通过施加预拉力使使连接板之间产生预压力连接板之间产生预压力，接触面上有摩擦力接触面上有摩擦力依靠摩擦力传递剪力依靠摩擦力传递剪力摩擦型连接摩擦型连接高强度螺栓高强度螺栓承载力高，变形小，传力可靠，承载力高，变形小，传力可靠，多用于主承重受多用于主承重受力构件连接。力构件连接。高强度螺栓的高强度螺栓的排布要求排布要求与普通螺栓相同，摩擦型与普通螺栓相同，摩擦型螺孔直径比螺孔直径比螺杆直径大螺杆直径大1.52mm1.52mm，也用，也用M M表示。表示。第七章 钢结构的连接7.5 高强度螺栓连接在承载能力极限状态允许滑动，但最大剪力在承载能力极限状态允许滑动，但最大剪力不能超过螺栓的抗剪承载力和孔壁的承压强不能超过螺栓的抗剪承载力和孔壁的承压强度。度。在承载能力极限状态最大剪力不能超过板件在承载能力极限状态最大剪力不能超过板件间摩擦力。间摩擦力。承压型连接承压型连接3.3.优点及构造优点及构造第七章 钢结构的连接7.5 高强度螺栓连接3.3.紧固方法与预拉力紧固方法与预拉力P Pa.a.紧固方法紧固方法高强度螺栓的预拉力是通过拧紧螺帽实现的。扭矩法，转角高强度螺栓的预拉力是通过拧紧螺帽实现的。扭矩法，转角法和扭剪法，分成初拧和终拧两步完成，保证拉力均匀。法和扭剪法，分成初拧和终拧两步完成，保证拉力均匀。扭矩法扭矩法专用扭矩板手，标定预拉力和扭矩之间的关系，专用扭矩板手，标定预拉力和扭矩之间的关系，通过施加一定扭矩达到预拉力，大六角螺栓。通过施加一定扭矩达到预拉力，大六角螺栓。转角法转角法手动扳手初拧后，再转动一定角度达到预拉力，手动扳手初拧后，再转动一定角度达到预拉力，不准确性较大，每天标定扳手，大六角螺栓。不准确性较大，每天标定扳手，大六角螺栓。扭剪型螺栓，特制电动扭剪型螺栓，特制电动扳手，以扭断梅花头为扳手，以扭断梅花头为标志，准确可靠，易检标志，准确可靠，易检查，成本高。查，成本高。扭剪法扭剪法第七章 钢结构的连接7.5 高强度螺栓连接b.b.预拉力预拉力P P高强度螺栓预拉力设计值按高强度螺栓预拉力设计值按材料强度材料强度和螺栓和螺栓有效截面积有效截面积确定，取确定，取值时考虑值时考虑 螺栓材料抗力的变异性，引入折减系数螺栓材料抗力的变异性，引入折减系数0.90.9；施加预应力时为补偿预拉力损失超张拉施加预应力时为补偿预拉力损失超张拉5%10%5%10%，引入折减系，引入折减系数数0.90.9；在扭紧螺栓时，扭矩使螺栓产生的剪力将降低螺栓的抗拉承在扭紧螺栓时，扭矩使螺栓产生的剪力将降低螺栓的抗拉承载力，引入折减系数载力，引入折减系数1/1.21/1.2；钢材由于以抗拉强度为准，引入附加安全系数钢材由于以抗拉强度为准，引入附加安全系数0.90.9。故高强。故高强度螺栓预拉力为度螺栓预拉力为第七章 钢结构的连接7.5 高强度螺栓连接4.4.滑移系数滑移系数 被连接板件之间的摩擦力大小，不仅和螺栓的被连接板件之间的摩擦力大小，不仅和螺栓的预拉力预拉力有关，有关，还与被连接板件还与被连接板件材料及其接触面的表面处理材料及其接触面的表面处理有关。有关。第七章 钢结构的连接7.5 高强度螺栓连接二、二、二、二、高强度螺栓抗剪计算高强度螺栓抗剪计算高强度螺栓抗剪计算高强度螺栓抗剪计算n nf f为摩擦面数，单为摩擦面数，单剪剪n nf f=1 1，双剪双剪n nf f=2=21.1.单个螺栓抗剪承载力单个螺栓抗剪承载力(1)(1)单个螺栓传递的最大剪力单个螺栓传递的最大剪力NvNv，要求要求(2)(2)螺栓螺栓群受轴力作用时，每个螺栓群受轴力作用时，每个螺栓均匀均匀受剪受剪，要求要求螺栓数螺栓数2.2.摩擦型螺栓抗剪计算摩擦型螺栓抗剪计算第七章 钢结构的连接7.5 高强度螺栓连接(3)(3)净截面计算净截面计算每个螺栓均匀传力每个螺栓均匀传力，孔前传力系数孔前传力系数0.50.5净截面拉应力净截面拉应力净截面拉力净截面拉力第七章 钢结构的连接7.5 高强度螺栓连接3.3.承压型螺栓抗剪计算承压型螺栓抗剪计算(1)(1)单个螺栓承载力计算方法与普通螺栓相同单个螺栓承载力计算方法与普通螺栓相同n n为受剪面，单剪为受剪面，单剪n=1 n=1，双剪双剪n=2n=2(2)(2)螺栓螺栓群受轴力作用时，每个螺栓均匀受剪群受轴力作用时，每个螺栓均匀受剪，要求要求螺栓数螺栓数(3)(3)净截面计算也可偏安全取与普通螺栓相同净截面计算也可偏安全取与普通螺栓相同如图所示摩擦型高强螺栓连接，如图所示摩擦型高强螺栓连接，M20M20，10.910.9级，钢材级，钢材Q345Q345，接触面喷砂后涂漆。，接触面喷砂后涂漆。试确定最大承载力试确定最大承载力N N。1.按螺栓连接强度确定按螺栓连接强度确定N【例题例题1 1】【解解】第七章 钢结构的连接7.4 普通螺栓连接 3004570707045NN45 70704510101610NN则则12个螺栓总承载力设计值为：个螺栓总承载力设计值为：2.按钢板截面强度确定按钢板截面强度确定N盖板盖板20mm构件构件16mm，按构件计算。，按构件计算。1）毛截面强度毛截面强度第七章 钢结构的连接7.4 普通螺栓连接 3004570707045NN45 70704510101610NN2）按第一列净截面强度）按第一列净截面强度第七章 钢结构的连接7.5 高强度螺栓连接1.1.单个螺栓抗拉承载力单个螺栓抗拉承载力三、高强度三、高强度三、高强度三、高强度螺栓螺栓螺栓螺栓抗抗抗抗拉计算拉计算拉计算拉计算(1)(1)单个螺栓传递的最大拉力单个螺栓传递的最大拉力N Ntbtb，要求要求(2)(2)螺栓螺栓群受拉作用时，每个螺栓均匀受拉群受拉作用时，每个螺栓均匀受拉，要求，要求螺栓数螺栓数2.2.摩擦型螺栓抗拉计算摩擦型螺栓抗拉计算1.1.摩擦型螺栓摩擦型螺栓用线性相关方程近似表示破坏模式用线性相关方程近似表示破坏模式四、高强度四、高强度四、高强度四、高强度螺栓螺栓螺栓螺栓同时同时同时同时受拉受剪受拉受剪受拉受剪受拉受剪第七章 钢结构的连接7.5 高强度螺栓连接第七章 钢结构的连接7.5 高强度螺栓连接用椭圆方程表示破坏模式用椭圆方程表示破坏模式2.2.承压型螺栓承压型螺栓同时，同时，同时受拉受剪，一个方向压力减小，板件局部承压强度降同时受拉受剪，一个方向压力减小，板件局部承压强度降低，取低，取高强度螺栓只受剪时，孔壁三向受压，板件局部承压强度高强度螺栓只受剪时，孔壁三向受压，板件局部承压强度高。高。第七章 钢结构的连接7.5 高强度螺栓连接五、摩擦型五、摩擦型五、摩擦型五、摩擦型螺栓螺栓螺栓螺栓群群群群受弯连接受弯连接受弯连接受弯连接弯矩使螺栓受力呈三角形分布，中和轴在螺栓群形心弯矩使螺栓受力呈三角形分布，中和轴在螺栓群形心O O处。处。最大螺栓最大螺栓1 1受力为：受力为：1.1.抗弯连接计算抗弯连接计算第七章 钢结构的连接7.5 高强度螺栓连接假设剪力均匀分布，中和轴在假设剪力均匀分布，中和轴在螺栓群形心螺栓群形心O O处。螺栓拉力三处。螺栓拉力三角形分布，大小与距转动中和角形分布，大小与距转动中和轴距离成正比。轴距离成正比。2.2.同时抗拉和抗剪连接计算同时抗拉和抗剪连接计算计算抗拉承载力计算抗拉承载力 (最外排螺栓最外排螺栓)计算抗剪承载力计算抗剪承载力 (最外排螺栓最外排螺栓)或，计算全部螺栓承载力或，计算全部螺栓承载力中和轴以下取中和轴以下取N Ntiti =0=0【小结小结】二、二、二、二、高强度螺栓抗剪计算高强度螺栓抗剪计算高强度螺栓抗剪计算高强度螺栓抗剪计算一、一、一、一、概述概述概述概述三、高强度三、高强度三、高强度三、高强度螺栓螺栓螺栓螺栓抗抗抗抗拉计算拉计算拉计算拉计算四、高强度四、高强度四、高强度四、高强度螺栓螺栓螺栓螺栓同时同时同时同时受拉受剪受拉受剪受拉受剪受拉受剪五、摩擦型五、摩擦型五、摩擦型五、摩擦型螺栓螺栓螺栓螺栓群群群群受弯连接受弯连接受弯连接受弯连接